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《中国科学院大学(中国科学院青海盐湖研究所)》 2018年
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无机水合盐复合相变储能材料的制备与性能研究

张新星  
【摘要】:无机水合盐相变储能材料具有潜热高,价格低,安全无毒等诸多优点,但同时具有过冷,相分离,稳定性差和导热系数低等缺陷。六水氯化钙是一种十分重要的无机水合盐,因它具有较高潜热(约190 J/g),适宜的相变温度(约29 ℃)而受到关注。六水氯化钙的研究主要分为四个方向。添加成核剂改善过冷。添加增稠剂改善相分离。利用多孔材料改善过冷,相分离和稳定性。添加高导热粒子改善其低的热导率和过冷等。其中的多孔材料吸附和添加高导热粒子对六水氯化钙具有改善过冷,稳定性和低热导率等功能,具有较好的研究价值。多孔材料复合方面,选择天然多孔材料硅藻土,因其具有比表面积为15~60 m2/g,强吸水性强,并且其表面硅轻基可与水分子形成氢键,这可以提高其对六水氯化钙的吸附以及水合盐在循环过程中的稳定性。试验中首先利用四因素三水平正交试验对硅藻土进行改性研究,以提高其比表面,进而提高吸附量。其最佳改性工艺条件为煅烧温度(450 ℃),煅烧时间(3 h),硫酸浓度(600%),硫酸浸泡时间(4h)。硅藻土/六水氯化钙/石蜡的复合材料采用真空吸附,最佳吸附时间和温度为60 min和40 ℃。为进一步地提高材料稳定性,复合材料进行石蜡包覆,得到复合相变储能材料焓值为108.2 J/g,相变温度为28.9 ℃。表征分析表明,材料的各部分具有很好的化学适应性,硅藻土大的比表面,表面硅径基和孔结构改善了六水氯化钙的部分过冷,抑制了其相分离,提高了水合盐的热稳定性和循环稳定性。导热粒子复合方面,选择具有最高导热系数的石墨烯,约为5300 W/(m.k),因为在相变材料中取得相同的热导率提高值,高导热粒子添加量少,可以降低添加剂对材料相变焓的影响。实验中,为了提高石墨烯在六水氯化钙中的分散,首先通过改进的Hummers法制备氧化石墨烯水分散液,然后氧化石墨烯水分散液被水合肼还原为石墨烯,并加入表面活性剂PVP制备石墨烯水分散液,最后利用石墨烯水分散液与二水氯化钙合成石墨烯/六水氯化钙相变储能材料(ΔH=180.6J/g,T=27.8 ℃),测试表明,石墨烯可以提高六水氯化钙的热导率(800%),其焓值衰减较低(2.7%)。表明石墨烯有效地在相变材料中建立了传热网络,提高了其热导率。与文献报导水合盐热导率改善效果对比,石墨烯在改善水合盐热导率方面具有明显优势。此外,表面活性剂不仅提高了石墨烯的分散能力,同时也提高了体系的黏度,进而提高了水合盐的稳定性和循环稳定性。所探索应用的制备工艺,即首先制备添加剂水分散液,然后利用相关盐合成水合盐相变材料的方法对其他不易于直接分散在水合盐中的添加剂的应用具有参考意义。
【学位授予单位】:中国科学院大学(中国科学院青海盐湖研究所)
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:TB34

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【参考文献】
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